飞机结构疲劳寿命指标分析

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航空器结构强度与疲劳寿命分析与优化

航空器结构强度与疲劳寿命分析与优化

航空器结构强度与疲劳寿命分析与优化航空器作为一种复杂的工程系统,其结构强度和疲劳寿命的分析与优化是保障航空器安全运行的重要环节。

本文将探讨航空器结构强度和疲劳寿命的分析方法,并介绍相应的优化技术,以实现航空器的结构优化设计。

航空器结构强度分析是指对航空器飞行过程中所承受的各种载荷作用下的结构强度进行评估和分析。

在结构强度分析中,需要考虑静力载荷、动力载荷、温度载荷等因素对航空器结构的影响。

静力载荷是指来自于机身自重、燃油重量和载荷重量等固定不变的载荷,而动力载荷则是指来自于发动机和气动力的变化载荷。

温度载荷则是指由于航空器在高空飞行过程中会遇到的低温和高温环境,对结构材料的影响。

通过对这些不同载荷的综合分析,可以评估航空器结构在不同工况下的强度情况,进而指导航空器的设计和制造。

航空器的疲劳寿命分析则是指对结构在重复循环载荷下产生的损伤积累进行评估和分析。

航空器在使用过程中会经历成千上万次的循环载荷,这些循环载荷会导致结构材料的疲劳损伤。

疲劳寿命分析的目的是通过计算和仿真技术,预测航空器在特定疲劳载荷下所能承受的使用寿命,从而制定合理的维修和更换计划,确保航空器在使用寿命内始终保持良好的结构强度。

为了实现航空器结构强度与疲劳寿命的优化设计,需要综合运用计算机仿真、结构优化和材料科学等技术手段。

计算机仿真技术可以通过建立航空器结构的数值模型,利用有限元方法进行结构强度和疲劳寿命的分析。

通过不同工况下的仿真计算,可以得到航空器在各种情况下的应力分布、变形情况以及疲劳寿命等相关参数。

结构优化技术则可以通过改变结构的几何形状、材料厚度和连接方式等因素,来优化航空器的结构设计,以提高其强度和疲劳寿命。

材料科学的发展也为航空器结构的优化设计提供了更好的选择,例如新型复合材料和高强度合金材料的应用,可以提升航空器的结构强度和疲劳寿命。

在航空器结构强度与疲劳寿命分析与优化中,除了技术手段的应用,还需要充分考虑安全性、可靠性和经济性等因素。

飞机起落架疲劳寿命评估分析

飞机起落架疲劳寿命评估分析

飞机起落架疲劳寿命评估分析飞机作为现代交通工具的代表,其安全性一直备受关注。

在飞机飞行中,起落架是重要的组成部分,负责支撑飞机的重量,同时保证着飞机在降落和起飞时的平稳过渡。

然而,由于其在极端环境下的运作,起落架往往存在着疲劳和损耗的问题。

因此,如何评估和分析起落架的疲劳寿命,对于保障飞机的安全性至关重要。

一、飞机起落架的疲劳现象和机理起落架在飞机飞行过程中承受着大量的载荷,其主要包括飞机的重量、惯性力和空气动力力。

此外,起落架在降落和起飞时,也要承受冲击和振动的影响。

这些因素都会对起落架造成疲劳和损耗。

因此,了解起落架的疲劳现象和机理,对于评估其疲劳寿命具有重要意义。

起落架的疲劳现象主要表现为金属疲劳和裂纹扩展。

金属疲劳是指材料在受到交变载荷作用下的损伤,表现为循环变形和损伤的积累,最终导致材料疲劳破裂。

裂纹扩展是指金属表面的裂口在受到一定载荷后,以一定的速率扩展,直至破裂。

这些疲劳现象都会导致起落架的损耗和寿命缩短。

二、飞机起落架的疲劳寿命评估为了保障飞机的安全性,需要对飞机起落架的疲劳寿命进行评估。

为此,需要进行寿命分析,以确定起落架的使用年限。

1. 确定载荷谱载荷谱是指飞机在不同使用环境下所受到的载荷。

确定载荷谱是进行疲劳寿命评估的第一步,在此基础上,进行疲劳分析和裂纹扩展分析,确定起落架的疲劳寿命。

2. 疲劳分析疲劳分析是指对起落架在实际使用环境下的疲劳情况进行分析,以确定其疲劳寿命。

疲劳分析需要考虑起落架的材料、结构和工作环境,同时对载荷谱进行仿真模拟。

3. 裂纹扩展分析在起落架受到疲劳载荷作用后,可能会出现裂纹,进而导致起落架的失效。

因此,进行裂纹扩展分析,以了解裂纹的扩展速率和尺寸,对于预测起落架的失效时间非常重要。

4. 寿命预测在进行完载荷谱、疲劳分析和裂纹扩展分析后,可以预测起落架的使用寿命。

这个预测结果对于保障飞机安全起到了至关重要的作用。

三、起落架的维护和检修为了延长起落架的使用寿命,需要进行维护和检修。

飞机结构疲劳寿命评估和监测

飞机结构疲劳寿命评估和监测

飞机结构疲劳寿命评估和监测飞机作为一种特殊的交通工具,其结构疲劳寿命的评估和监测是非常重要的。

随着飞机使用年限的增加和使用环境的变化,飞机的结构疲劳问题也逐渐显现,为此,正确评估和监测飞机结构疲劳寿命有助于保证飞机的安全,提高运营效率,延长飞机的使用寿命。

一、疲劳寿命评估的原理和方法飞机结构疲劳问题的产生主要是由于重复载荷作用下的应力集中引起的。

因此,疲劳寿命评估的方法主要是根据应力与应变的关系来计算材料的寿命。

目前,疲劳寿命评估的方法主要有三种:1. 线性累积损伤理论线性累积损伤理论主要是通过计算结构受到的载荷,然后根据载荷大小与疲劳裂纹扩展速率的关系,计算结构的寿命。

2. 非线性累积损伤理论非线性累积损伤理论是线性累积损伤理论的改进版,其主要原理是在载荷峰值附近引入非线性因素,通过式子对剪切模量进行校正,进而计算疲劳损伤。

3. 特征点法特征点法主要是通过对飞机结构进行疲劳试验,在不同载荷下统计不同时间点的损伤情况,然后根据损伤情况计算出疲劳寿命。

以上三种方法,都可以通过结构疲劳试验,得到对飞机结构的疲劳寿命评估结果,以便做出相应的监测和维修决策。

二、疲劳寿命监测技术疲劳寿命监测技术是在飞机运行期间对其结构进行实时监测,提现结构的健康状况,以便及时发现问题,并采取相应措施加以解决。

目前,常用的疲劳寿命监测技术主要有以下几种:1. 应力测量技术应力测量技术是通过在结构上安装应变传感器来测量结构受到的载荷,从而判断结构的健康状况。

应力测量技术可以应用于飞机的不同部位,如机翼、舵面、机身等,在运行期间实时监测其结构的健康状况。

2. 振动监测技术振动监测技术是通过安装加速度传感器,对飞机结构的振动情况进行实时监测,以此来了解结构的健康情况,并判断是否需要进行维修或更换。

振动监测技术主要应用于飞机的发动机、飞行控制系统等。

3. 超声波检测技术超声波检测技术是一种非接触性检测技术,通过向结构中发送超声波信号,然后测量反射回来的信号,以此来判断结构的健康状况。

军用飞机结构疲劳寿命分析

军用飞机结构疲劳寿命分析

24 军民两用技术与产品 2018·6(下)文章编号:1009-8119(2018)06(2)-0024-011 军用飞机常用寿命指标从军用飞机结构失效模式来看,主要有载荷造成的疲劳破坏和环境造成的腐蚀损伤2类。

这与GJB775.1—1989《军用飞机结构完整性大纲·飞机要求》规定的“军用飞机使用寿命主要包括疲劳使用寿命和日历使用寿命两类指标”是一致的。

其中:第一,疲劳寿命指标。

主要反映飞机结构在使用载荷作用下抵抗疲劳破坏的能力。

军用飞机使用载荷主要包括外部气流引起的气动载荷和飞机完成机动动作造成的机动载荷,其中机动载荷是影响歼击机、歼击轰炸机等小型军用飞机结构损伤的主要载荷。

目前,疲劳使用寿命各国一般都是通过全机疲劳寿命试验值除以相应分散系数加以确定,理论方法相对成熟。

第二,日历寿命指标。

主要反映飞机地面停放中维护活动及腐蚀环境对飞机结构造成的损伤。

由于影响飞机结构的腐蚀因素多,交互作用复杂;因此,国内外仍未能建立起一套相对完善的飞机日历定寿理论及方法。

这一情况在我国最为严重,目前部队使用的飞机日历使用寿命一般为科研单位凭经验给定出的“暂定”日历使用寿命,可靠性有待商榷。

2 影响军用飞机结构疲劳寿命的因素决定飞机结构寿命的使用条件,主要包含飞机结构在使用中所承受的载荷-时间历程,以及在地面停放和飞行中的环境-时间历程,简称为载荷条件和腐蚀条件。

用载荷谱描述的载荷-时间历程是飞机结构疲劳寿命的主要因素,用环境谱描述的环境-时间历程则是决定飞机结构日历寿命的主要因素。

环境腐蚀影响飞机结构的疲劳寿命,从而影响结构疲劳关键件所对应的日历寿命;特别是对由于腐蚀可能导致功能失效或无法修复的关键件而言,其日历寿命更是直接取决于腐蚀条件。

腐蚀条件对飞机结构的疲劳寿命有着不可低估的影响。

总体来说,包括两个方面:一是飞机在地面停放时,由于机场自然环境等因素,导致各疲劳关键件及关键部位处于一定的局部腐蚀环境之中,随着地面停放年限的增加,腐蚀的作用使这些构件的疲劳品质不断下降,从而降低疲劳寿命;二是空中飞行时,由于空中环境与载荷的共同作用而使疲劳损伤加剧,使疲劳寿命下降。

航空发动机结构疲劳分析与寿命预测研究

航空发动机结构疲劳分析与寿命预测研究

航空发动机结构疲劳分析与寿命预测研究引言:航空发动机作为飞机的核心部件, 承担着将燃油能转化为机械能的重要任务。

在航空工程中,航空发动机的安全性和可靠性是最基本的要求之一。

因此,对航空发动机的结构疲劳特性进行分析和寿命预测就显得尤为重要。

本文将对航空发动机结构疲劳分析和寿命预测的研究进行探讨及分析。

一、航空发动机结构疲劳分析方法1. 应力分析法为了分析航空发动机在工作过程中受到的应力情况,可以使用有限元法对其结构进行数值模拟。

通过确定结构中各个关键部位的应力分布情况,可以判断关键部位是否有可能出现疲劳破坏。

这种方法对于快速评估结构的疲劳寿命以及发动机设计的优化具有重要意义。

2. 超声波无损检测法超声波无损检测是一种常用的检测方法,可用于航空发动机的结构健康监测。

通过高频的超声波脉冲,可以探测到发动机结构中的缺陷、裂纹等问题。

这种方法具有快速、非破坏性的特点,可以提前发现发动机结构的隐患,从而采取相应的维修和改进措施。

二、航空发动机结构疲劳寿命的预测方法1. Miner理论Miner理论是一种经验性的方法,根据发动机结构在工作过程中的载荷谱和材料疲劳损伤曲线,通过累积损伤值的计算,对结构的疲劳寿命进行预测。

这种方法的优点是简单易行,但缺点是没有考虑结构在不同工况下的动态特性。

2. 基于飞行数据的预测方法这种方法是根据实际的飞行数据来预测航空发动机的结构疲劳寿命。

通过对飞行过程中的加速度、温度、振动等数据的监测和分析,可以得到发动机在实际使用中的负荷情况,从而有效地预测疲劳寿命。

这种方法更加准确,但需要大量的实际数据支持。

三、航空发动机结构疲劳分析与寿命预测的应用1. 优化设计和改进通过对航空发动机结构疲劳分析和寿命预测的研究,可以及时发现和解决发动机结构的缺陷和问题,进而对其进行优化设计和改进。

这将有助于提高发动机的安全性、可靠性和性能。

2. 维修策略制定在航空发动机的使用过程中,经常会遇到一些疲劳裂纹的问题,通过结构疲劳分析和寿命预测,可以预先判断出哪些部位可能会出现疲劳破坏,并制定相应的维修策略。

飞行器结构的疲劳寿命规划与评估

飞行器结构的疲劳寿命规划与评估

飞行器结构的疲劳寿命规划与评估飞行器是一种重要的航空交通工具,其结构的安全性和可靠性是飞行安全的关键保障。

在飞行器的设计和制造过程中,疲劳寿命的规划与评估是不可或缺的一环。

本文将介绍飞行器结构的疲劳寿命规划与评估的相关概念、方法和技术。

首先,我们需要了解疲劳寿命的概念。

疲劳是材料在应力作用下发生的永久性变形和破坏现象。

疲劳寿命是指材料或结构在特定应力水平下能够经受多少次循环载荷后发生破坏的能力。

疲劳寿命规划与评估的目的是确定飞行器结构在特定工作条件下的可靠性和安全性,以便进行合理的维护和更新计划。

疲劳寿命规划与评估的第一步是应力分析。

通过对飞行器结构的应力分析,可以了解不同部位的应力分布情况,确定其中的高应力集中区域,并进一步分析其工作载荷和工况。

其次,根据分析结果,可以采用一些常用的疲劳寿命评估方法。

其中最常用的是基于赫德逊公式的估算法和基于正态分布的概率方法。

基于赫德逊公式的估算法是一种经验公式,通过根据历史数据和材料的疲劳寿命曲线来估计新材料或结构的疲劳寿命。

该方法需要大量的试验数据和经验知识作为依据,适用于相对简单的结构和材料。

基于正态分布的概率方法是一种统计学方法,通过建立疲劳寿命与应力的概率分布函数来评估结构的疲劳寿命。

该方法基于概率统计理论,具有较高的准确性和可靠性,适用于复杂的结构和多种材料。

除了传统的疲劳寿命评估方法,近年来,一些新的技术和方法也被引入到飞行器结构的疲劳寿命规划与评估中。

例如,有限元分析是一种基于数值模拟的方法,可以通过建立结构的数学模型来预测材料和结构的疲劳寿命。

该方法不需要大量的试验数据,可以快速而准确地评估结构的性能和可靠性。

此外,使用先进的疲劳监测技术也是提高飞行器结构疲劳寿命规划与评估准确性的重要手段。

通过在飞行中对结构进行实时监测和检测,可以及时发现结构的疲劳损伤和缺陷,并采取相应的维修和更新措施,从而延长飞行器结构的使用寿命。

最后,除了疲劳寿命规划与评估,飞行器结构的维护和保养也是确保其长期可靠性和安全性的重要环节。

飞机机翼结构强度与疲劳寿命分析

飞机机翼结构强度与疲劳寿命分析

飞机机翼结构强度与疲劳寿命分析飞机机翼是支撑飞行器上升和下降的关键部件,机翼的结构强度和疲劳寿命对于飞机的飞行安全至关重要。

本文将对飞机机翼结构强度和疲劳寿命进行分析,并探讨一些提高机翼寿命的方法。

一、飞机机翼结构强度分析飞机机翼所承受的载荷主要有弯矩、剪力和轴力。

机翼的结构设计需要能够承受这些载荷,并保持足够的强度,以应对正常飞行和特殊情况下的负荷要求。

首先,机翼在飞行过程中承受的弯矩是主要的载荷。

弯矩是由飞行器的重量、飞行速度和操纵力所引起的。

根据弯矩大小和分布,机翼的受力情况可以被理解为在弯曲载荷下的杆件受力。

因此,机翼需具备足够的抗弯刚度和弯曲强度。

其次,机翼还需承受来自飞机不同部分及外界环境力的剪力和轴力。

剪力和轴力主要集中在机翼的连接点和边缘处。

为了保持结构的强度,机翼需要足够的抗剪刚度和抗轴向压力的能力。

为了满足机翼的结构强度要求,现代飞机使用了许多先进的材料和结构设计。

轻质高强度的复合材料广泛应用于机翼结构中,以减少重量和提高强度。

同时,还采用了刚性的桁架结构和合理的加强筋布置来增强机翼的强度。

二、飞机机翼疲劳寿命分析机翼的疲劳寿命是指机翼能够承受的循环载荷次数。

在实际飞行中,机翼会经历大量循环载荷,如起飞、飞行和着陆等过程中的载荷变化。

这些循环载荷会导致机翼产生疲劳损伤,进而影响机翼的性能和安全性。

疲劳寿命的计算基于材料的疲劳性能和实际载荷的统计分析。

材料的疲劳性能可以通过疲劳试验获得,包括疲劳极限、疲劳裂纹扩展速率等参数。

而载荷的统计分析则是通过统计飞机在特定飞行阶段和任务中的载荷数据得到。

传统的疲劳寿命分析方法是基于正常设计工作条件下机翼的寿命。

统计分析结果表明,飞机机翼的疲劳寿命取决于机翼的载荷历史和载荷幅值。

因此,正确预测和分析机翼的载荷是提高机翼寿命的关键。

为了提高机翼的疲劳寿命,工程师们采取了多种措施。

首先,优化机翼的结构设计,减少应力集中和疲劳敏感区域。

其次,使用先进的传感器和监测技术,实时监测机翼的状态和疲劳损伤。

飞机机身结构的疲劳寿命分析

飞机机身结构的疲劳寿命分析

飞机机身结构的疲劳寿命分析飞机作为一种高科技产品,其机身结构承载着巨大的压力和冲击力。

为确保安全飞行,飞机机身的疲劳寿命分析变得至关重要。

本文将以飞机机身结构的疲劳寿命分析为主题,从材料特性、加载条件、结构裂纹等方面展开探讨。

一、材料特性飞机机身的材料特性对疲劳寿命有直接影响。

一般来说,飞机机身采用高强度、轻重量的复合材料,如碳纤维增强复合材料。

这种材料具有优异的机械性能和疲劳寿命,但也存在一些问题,如湿热环境下易吸潮、耐久性差等。

因此,在疲劳寿命分析中需要综合考虑材料的性能与特性,制定相应的测试与修复方案。

二、加载条件载荷是导致飞机机身疲劳破坏的主要原因之一。

加载条件包括静载荷和动载荷。

静载荷一般指地面操作、货物负载等产生的恒定载荷,而动载荷则涉及飞行中所承受的压力、振动、温度、湿度等变化。

为了保证飞机机身的安全性,必须通过精确的测量数据对加载条件进行评估,并基于此制定相应的疲劳分析模型和验证方法。

三、结构裂纹飞机机身中出现的结构裂纹是造成疲劳破坏的主要因素之一。

结构裂纹可分为微小裂纹和明显裂纹两种。

微小裂纹主要发生在材料的晶界和颗粒界面处,是由于外界环境加载和材料内部应力引起的。

明显裂纹的形成通常是由于长期疲劳加载或外界撞击导致的。

对于裂纹的检测、预测和修复至关重要,可以利用超声波、X射线和磁粒子检测等技术手段进行定期监测,以确保飞机机身的安全运行。

四、疲劳寿命分析方法在疲劳寿命分析中,采用合理的分析方法是非常重要的。

常见的疲劳分析方法包括试验分析法、有限元分析法和多尺度模型法等。

试验分析法是通过在实际工况下进行试验并对试验数据进行分析,提取疲劳裂纹扩展参数,从而确定机身结构的疲劳寿命。

有限元分析法则借助计算机模拟,通过建立合适的有限元模型,分析结构的应力分布和裂纹扩展规律。

多尺度模型法结合了试验数据和有限元分析结果,以获得更加准确的疲劳寿命。

总结飞机机身结构的疲劳寿命是保障航空安全的一项重要工作。

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飞机结构疲劳寿命指标分析□西北工业大学李航航宋笔锋□北京航空工程技术研究中心李京珊摘要:从现代飞机设计思想的发展演化和确定飞机结构疲劳寿命指标的重要性分析入手,研究分析了国外多种战斗机结构使用寿命问题,深入探讨了这些战斗机在确定机体结构寿命指标时的内在因素和实际方法,提出了确定飞机结构寿命指标的具体原则和研究结论。

关键词:结构疲劳寿命指标早期设计的飞机并没有明确的寿命指标。

到了20世纪50年代,人类历史上第一架喷气式旅客机英国"彗星"号在飞行中,接连发生爆炸坠海事故,一时引起世界震惊。

经研究是飞机气密座舱因飞行高度变化,不断受到增压、减压循环作用,导致机身金属结构出现疲劳效应而断裂破坏所引起的。

这说明,按照静强度、刚度设计的飞机,并不能保证其使用安全,飞机设计中必须考虑安全使用寿命问题。

最初,解决这一问题的指导思想就是采用安全寿命设计。

但是真正采用了安全寿命设计思想以后,还是不断有飞机出现事故。

1969年,美国空军的一架F-111飞机机翼枢轴接头,在飞行训练中突然断裂,造成机毁人亡。

当时飞机仅仅用了100多个飞行小时,远没有达到安全寿命使用期。

此后,F-5A、KC-135、F-4等飞机接连发生类似事故。

进一步证明了采用安全寿命思想设计的飞机并不能保证在安全期内的使用安全。

随着结构分析、理论研究水平的不断提高,特别是断裂力学理论的应用与发展,人们开始提出了损伤容限设计思想,就是在飞机设计中采用安全寿命/损伤容限设计,以保证飞机在使用寿命周期内的使用安全。

随着对飞机高性能、长寿命、高可靠性以及完整性要求的不断提高,飞机的研制成本和使用维护费用急剧增加。

为此又提出了全寿命周期费用概念,并在飞机设计阶段就采取有效措施以降低飞机的全寿命周期费用。

因此,在飞机设计和使用中采用了经济寿命概念,从而形成了耐久性设计思想。

通过飞机设计思想的不断变化,不仅提高了飞机的使用安全性,大大降低了飞机的结构重量,同时也提高了飞机的使用经济性。

特别是耐久性/损伤容限设计思想提高了飞机结构分析的精确性,降低了结构寿命的分散性,提高了飞机服役期间的安全性和可靠性,使得现代飞机的结构寿命指标得以大幅提高。

一、飞机结构寿命指标研究的意义飞机机体结构寿命是衡量飞机平台设计技术水平和使用经济性的重要技术指标。

结构重量系数低、飞行小时和使用年限长的飞机不仅服役时间长,出勤率高,而且具有更好的技术性能和使用经济性能。

因此实现低结构重量系数、高飞行小时和长使用年限是飞机结构设计技术不断追求的技术目标。

实现这一目标是要靠飞机的安全寿命/破损安全设计、安全寿命/损伤容限设计和耐久性/损伤容限设计等先进的飞机结构设计思想来保证的。

过去,战斗机的安全寿命只有1000~2000飞行小时,20世纪70年代提高到了3000~4000飞行小时,80年代后期达到了6000~8000飞行小时。

对于大型运输机、轰炸机,甚至达到了几万飞行小时。

飞机的日历使用时间也从10年、15年、20年提高到了30年。

在飞机使用寿命不断提高的同时,飞机结构重量系数则不断降低,使飞机的有效载重增加,性能不断扩大。

随着飞机性能的不断提高,飞机采购成本增大。

为保证飞机使用的经济性,就需要不断提高飞机的使用寿命,而过高的使用寿命又会对飞机的使用安全构成威胁,因此,科学合理的确定飞机结构寿命就非常重要。

二、国外飞机机体结构疲劳寿命指标分析1.国外三代以前战斗机结构疲劳寿命指标分析飞机结构重量系数和机体结构寿命指标是从不同角度衡量飞机机体结构的技术指标。

重量系数主要保证飞机的技术性能,结构寿命则体现飞机的使用年限和飞行强度。

重量系数和结构寿命具有相互制约、相互影响的作用。

随着飞机载油量、载弹量的增加,飞机结构在全机重量中的比例必须得到有效控制,否则,飞机性能难以保证。

同时,结构重量系数高的飞机使用经济性也会较差。

国外第三代战斗机虽已达到8000小时的结构寿命指标,但是飞机的结构重量系数却超过了30%,在第四代战斗机上的结构寿命虽仍旧是8000小时,但飞机的结构重量系数却降低到了27.8%,因此飞机的载油量、载弹量增加,性能得到大幅提高。

飞机结构重量系数和机体结构寿命指标的提高会受到一定的限制,这些限制主要是当时本国的技术实力和使用需求。

在具体指标确定时可以通过权衡,用规范或技术要求的形式提出。

当然,由于不同国家的技术实力和使用需求不同,在战斗机机体结构寿命指标的要求上也会有一定差异。

如俄罗斯、英国、法国等对飞机机体结构给出的寿命就相对于美国偏低。

上表列举了国外一些三代以前战斗机的结构寿命情况。

从上表中我们可以得出以下结论:(1)20世纪80年代以前,国外战斗机的使用寿命基本上为3000~4000飞行小时。

80年代以后,战斗机的使用寿命增加到6000~8000飞行小时。

(2)飞机的飞行小时使用寿命与装备时间之间并不是线性关系,而是一种阶梯形递增关系。

(3)飞机的飞行小时寿命大多不是一次给出,而是分阶段给出的。

(4)不同国家的战斗机的使用飞行小时差别较大。

如美国在80年代以后,飞行小时基本上都按照8000小时设计,而英、法国等国家飞机的飞行小时只有5000~6000小时。

2.国外第四代战斗机的结构疲劳寿命指标分析国外第四代战斗机结构寿命也采用分阶段给出的方法。

如美国的F-22,最初验证机型(YF-22)的结构寿命只有6000飞行小时,到后来定型状态才给出8000飞行小时。

俄罗斯的米格1.44和C-37的结构寿命虽然不详,但从俄罗斯飞机的一贯做法分析,也会是分阶段逐步延长给出。

3.形成战斗机结构寿命指标差别的主要因素分析(1)飞机结构寿命决定于多种技术因素,只有相关技术都有所发展,才能为提高飞机寿命提供支撑,任何单一技术发展并不能明显提高飞机的机体结构寿命。

所以提高飞机结构寿命往往需要较长的周期。

而这种提高总是呈现一种阶梯形递增关系。

(2)飞机结构寿命最终是要靠全机结构疲劳试验和飞机装备以后的实际使用情况来决定。

在飞机设计之初,往往只能根据以往机型经验和理论计算预估(如疲劳寿命预估等),很难精确给出可信的新机寿命指标。

因此,国内外对飞机结构寿命都不是完全依靠理论分析和经验给出,而是在试验与工程应用的基础上分阶段给出。

(3)在新技术发展成熟以后,要达到飞机设计寿命的提高,必须要有相应的结构设计规范来保证。

美国在20世纪70年代以前采用的是1960年颁布的MIL-A-8866标准。

该标准对飞机结构的寿命设计要求为3000~4000小时。

到了80年代以后,美军开始采用MIL-A- 1530标准,该标准对飞机结构寿命指标则提出了6000~8000飞行小时。

(4)飞机结构寿命指标是一个综合性指标,它不仅包括飞行小时和使用日历年限,还包括飞行起落次数,同时飞机的结构寿命与飞机的结构重量系数也密不可分。

因此确定飞机机体结构寿命时必须将这些因素综合考虑。

任何只强调某一单项指标的做法都是不科学的。

不同国家的航空技术水平不同,飞机设计采用的材料不同,设计技术不同,设计准则不同,对飞机的使用强度要求不同,因此对结构寿命的要求也就会不同。

(5)设计观念上的差异美国在飞机设计技术上,基础好、创新性强,观念新,对飞机寿命的理解和把握比较超前,一些新的设计思想、新的设计理念往往首先被采用,因此飞机的结构寿命要求较高且技术上能够达到,从飞机的使用来看,虽采用8000飞行小时寿命还是不能满足军方的使用需求。

而俄罗斯、英国、法国等则比较保守。

如法国的幻影2000飞机只给出了5000飞行小时寿命。

三、确定飞机结构疲劳寿命指标的基本原则飞机结构寿命并非越高越好。

过分强调飞机结构寿命要求,必然会对飞机的技术性能产生影响,同时也会提高飞机的生产成本。

因此,确定飞机的结构寿命应从需求和可能两个方面权衡。

具体原则如下:(1)充分考虑装备需求,适应未来的作战、训练要求随着装备训练体制改革,战斗机的飞行训练更加贴近实战,战斗机的飞行训练强度和难度越来越大,所以不能简单地以现有飞行训练情况来规划20年以后的飞行情况,应有一定的超前性和预见性,以保证装备服役以后能够满足未来的作战、训练要求。

(2)立足国内技术水平,保证技术上的可实现性飞机技术指标是航空技术实力的综合体现,实现高的技术指标必须要有先进的技术基础。

美国之所以能够采用领先的技术指标就是因为有先进的技术基础为依据,否则任何高指标只能是空谈。

国内航空技术水平与国外有差距,因此在确定指标时就应有所考虑。

只有结合国内技术水平,提出一种既先进又合理,也能够实现的科学指标体系,才能对国内航空技术发展和提高新装备的使用起到促进作用。

(3)既要有继承性,又要有一定的技术超前性飞机的研制往往要比其装备部队早十几年,甚至二十年。

如果在飞机研制时提出的寿命指标没有技术超前性,会在装备服役以后,很快就暴露出相应的问题。

航空技术发达国家在飞机结构寿命指标确定中都充分考虑到了指标上的继承性和技术上的超前性。

美国对第三代战斗机指标最初就是确定为4000飞行小时,后来又增加为6000和8000飞行小时。

对四代机则一开始用6000飞行小时,后来又提出8000飞行小时,这都说明在确定指标时必须考虑技术的延续与继承。

而结构重量系数,则不断降低,以保证飞机性能的持续提高。

(4)综合权衡,使各项指标协调、匹配飞机结构寿命指标不仅仅只是飞行小时问题,它还包括日历寿命、起落次数等,这些指标受飞机结构重量系数的制约。

确定飞机的结构寿命指标必须以保证一定的结构重量系数为前提(如对于第四代战斗机结构重量系数就是27%~28%)。

如果不考虑飞机的结构重量系数,只提飞机的寿命指标,会大大影响飞机的总体技术性能,另外,飞机的飞行小时、日历寿命和起落次数不协调、匹配,也会给飞机使用带来问题。

(5)可以采取"一步论证、分步实施"的办法确定飞机结构寿命的复杂性和不确定性,使得在考虑结构寿命时可以"一步论证、分步实施"。

即论证阶段暂时给出一个目标值或目标值范围,然后根据飞机的立项研制时间、预计装备使用时间,同时结合本国航空技术的发展进程进行预测,进而确定出具体的阶段目标,以达到所确定的技术指标既能实现,又能体现总体目标的先进性。

四、结论飞机结构寿命的三项技术指标既密不可分,又有一定的矛盾性,同时还受到飞机的结构重量系数的制约,因此必须综合考虑。

如高的结构使用飞行小时要求飞机具有较好的抗疲劳设计、较低的使用应力水平等;低的结构重量系数则需要大量采用新材料,合理控制飞机的使用应力;长的日历年限则需要较好的结构抗腐蚀控制技术和抗腐蚀材料的应用等。

这些要求往往是矛盾的,必须根据实际情况进行适当折中。

参考文献1王宝忠分册主编.飞机设计手册第10册:结构设计. 北京:航空工业出版社,2000.42~432陶梅贞,孙秦,宋笔锋,等.现代飞机结构设计.西安:西北工业大学出版社,1997.114~1153MIL-A-8866.Airplane strength and rigidity reliability requires repeated loads fatigue and damate tolerance4MIL-STD-1530.aircraft structure integrity program5JSSG-2006.美国国防部联合使用规范指南《飞机结构》翻译版.中国飞行试验研究院6吴富民.飞机结构的疲劳寿命发布时间:2007-01-01 作者:。

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